DE501054C

DE501054C - Optical device for combining the spectrum of a light source

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Publication number: DE501054C
Application number: DED51197D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1926-09-08
Filing date: 1926-09-08
Publication date: 1930-06-27

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung für Bildwerfer für Bühnenzwecke, um in einem einzigen Brennpunkt das Spektrum einer starken Lichtquelle zu vereinigen. Es gibt bereits Prismen, die geeignet sind, ein ausgedehntes Spektrum zu erzeugen; bekannt sind ferner Einrichtungen, hei denen Priemen, Spiegel und Linsen vorhanden sind, mittels welcher Färb strahlen auf einem mehrThe invention relates to an optical device for projector for stage purposes, to unite the spectrum of a strong light source in a single focal point. There are already prisms that are suitable for generating a broad spectrum; known are also facilities with quills, mirrors and lenses, by means of which color shine on one more

ίο oder weniger kleinen Flächenstück vereinigt werden.ίο or less small patch of area united will.

Wenn diese bekannten optischen Systeme auch einerseits die Aufgabe der Erzeugung von Farbstrahlen und ihre Vereinigung innerhalb der gleichen Zone lösen, so sind sie andererseits derart kostspielig, von geringem Wirkungsgrad und in technischer Hinsicht unvollkommen, daß ihre praktische Verwertung eine sehr beschränkte ist.If these known optical systems on the one hand also have the task of generating of color rays and their union within the same zone, so are they on the other hand, so expensive, of low efficiency and from a technical point of view imperfect that their practical use is very limited.

ao Man kennt bisher zur Erzeugung eines ausgedehnten Spektrums, abgesehen, von, optischen Netzen, nur das einzelne Serienprisma. Ein solches Prisma muß jedoch, um sich der Lichtstärke von Bildwerfern anzupassen, für den Eintritt des Lichtes großen Umfang und Stärke besitzen, durch das infolge der Strahlenabsorbierung nur wenig Licht durchlaufen könnte.ao One has known so far for the generation of an extended spectrum, apart from, optical Networks, only the single series prism. Such a prism must, however, in order to obtain the Adjust the light intensity of projectors, for the entrance of the light large scope and Have strength that allows very little light to pass through due to the absorption of radiation could.

Einfache, nebeneinandergestellte Prismen zur Erzielung eines reinen Spektrums sind ebenfalls nicht ausreichend, um ein ausgedehntes, verwendbares Spektrum zu erlangen,.Simple, juxtaposed prisms to achieve a pure spectrum are also not sufficient to achieve a broad, usable spectrum.

Gemäß der Erfindung wird ein aus nebeneinandergestellten Serienprismen zusammengesetzter Prismensatz geschaffen, der gestattet, große nützliche Flächen bei verhältnismäßig kleiner Materialstärke und somit ausgedehnte Spektren, die eine große Licht wirkung aufweisen, zu erhalten.According to the invention, a series prisms are assembled from juxtaposed series prisms Set of prisms created that allows large useful areas with relatively small material thickness and thus extensive spectra that have a great light effect, to obtain.

Diese Prismensätze müssen zweckmäßig hintereinander arbeiten, derart, daß ein Prismensatz das Licht in das Spektrum zerlegt und ein anderer das Licht wieder vereinigt. Damit zu diesem Zwecke eine vollkommene optische Wirkung erzielt wird, d. h. die größte Lichtwirkung, größte Farbentrennung und größte Farbenverieinigung, ist es erforderlich, daß die Spektrumslinie eine virtuelle Symmetrieachse des optischen Systems ist.These prism sets must work one after the other, in such a way that a prism set the light is broken down into the spectrum and another one reunites the light. So for this purpose a perfect one optical effect is achieved, d. H. the greatest lighting effect, greatest color separation and greatest color combination, it is necessary that the spectrum line has a virtual axis of symmetry of the optical system is.

Der einzelne Prismensatz für sich allein der nebeneinandergestellten Serienprismen muß, vom optischen Standpunkt betrachtet, als ein Fehler angesehen werden. Es ergibt eine große chromatische Aberration. Nur durch die Vereinigung von zwei gleichen Prismensätzen zu einem optischen System gelingt es, die chromatischen Aberrationen zu unterdrükken und eine Vereinigung der Lichtstrahlen in einem 'einzigen Brennpunkt zu erlangen, wenn überdies die Bedingung der Symmetrie des optischen Systems erfüllt ist.The individual prism set for itself alone of the juxtaposed series prisms must from the optical point of view, should be regarded as a flaw. It makes one large chromatic aberration. Only through the union of two identical sets of prisms an optical system succeeds in suppressing the chromatic aberrations and to attain a union of the rays of light in a 'single focus, if, moreover, the condition of symmetry of the optical system is met.

Die beste Wirkung des Prismensatzes in bezug. auf die Ausdehnung des Spektrums und in bezug auf die Reinheit wird dadurchThe best effect of the prism set in terms of. on the expansion of the spectrum and in relation to purity it becomes

erzielt, daß bei der Herstellung des Prismensatzes Materialien von sehr verschiedenem Brechungsindex verwendet werden.achieved that in the manufacture of the prism set materials of very different Refractive index can be used.

Im Prismensatz das Erfmdungsgegenstandes sind die äußeren Elemente der Serienprismen von sehr großer optischer Streuung, d. h. diese stellen zwei aktive Prismenelemente dar, während bei der Bildung der bekannten einzelnen Serianprismeni die größte DispersionThe subject of the invention in the prism set are the outer elements of the series prisms of very large optical dispersion, d. H. these represent two active prism elements, while in the formation of the known single serian prisms the greatest dispersion

ίο in der Mitte des Prismas liegt, wobei bei einem so geschaffenen bekannten Serienprisma bloß ein aktives Prismenelement auftritt anstatt zwei.ίο lies in the middle of the prism, with one so created known series prism merely an active prism element occurs instead two.

In der Zeichnung istIn the drawing is

Abb. ι ein vertikaler Querschnitt, Abb. 2 eine Vorderansicht und Abb. 3 ein horizontaler Querschnitt durch einen Prismensatz, nach der Erfindung dargestellt. Fig. Ι a vertical cross section, Fig. 2 a front view and Fig. 3 is a horizontal cross-section through a set of prisms, shown according to the invention.

Abb. 4 zeigt eine optische Einrichtung, bei der zwei nach Abb. 1, 2 und 3 gebaute Prismensätze unter Bildung eines optischen Systems mit virtueller Symmetrieachse vereinigt sind.Fig. 4 shows an optical device in which two sets of prisms built according to Fig. 1, 2 and 3 are combined to form an optical system with a virtual axis of symmetry.

In diesen Abbildungen ist 6 ein rechteckiges metallisches Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen 16 und 17, die durch die Glasplatten 7 und 8 geschlossen werden.In these figures, 6 is a rectangular metal case with two opposite one another Openings 16 and 17 passing through the glass plates 7 and 8 are closed.

9 ist der Deckel des Gehäuses. Das Gehäuse ist mit Flüssigkeit gefüllt, die eine große Zerstreuungsfähigkeit besitzt. In die Flüssigkeit tauchen die Prismen 1, 2, 3, 4, 5 von Kronglas, welche sehr geringe Zerstreuungsfähigkeit besitzen. Die in einer Reihe nebeineinander angeordneten Kronglasprismen haben alle gleichen Querschnitt und gleiche Orientierung und sind von verhältnismäßig großer Länge gegenüber dem Querschnitt. 10-10' bezeichnen die parallelen weißen Lichtstrah-9 is the cover of the housing. The case is filled with liquid, which is a big one Possesses the ability to dissipate. The prisms 1, 2, 3, 4, 5 of are immersed in the liquid Crown glass, which have very little ability to disperse. Those in a row side by side arranged crown glass prisms all have the same cross-section and the same orientation and are of relatively great length compared to the cross-section. 10-10 ' denote the parallel white light rays

4.0 len, 12, 13, 14, 15 die Strahlen, nachdem sie durch die Prismen die Zerlegung erlitten haben; 12 bezeichnet die Richtung der roten Strahlen und 15 die Richtung der violetten Strahlen, während die dazwischenliegenden Strahlen nicht bezeichnet sind, it bezeichnet einen Lichtstrahl und seine Richtung, wie sie einem Strahl von weißem Licht zukommt, welcher zwischen den Prismen durchdringt, ohne diesen zu begegnen, wobei dieser Strahl die ursprüngliche Richtung4.0 len, 12, 13, 14, 15 the rays after they have suffered decomposition by the prisms; 12 denotes the direction of the red rays and 15 the direction of the violet rays, while those in between Rays are not designated, it denotes a ray of light and its direction, how it comes to a beam of white light which penetrates between the prisms without encountering them, whereby this ray the original direction

10 beibehält und dabei das Strahlenbündel des Farbenspektrums, das durch die Gesamtheit der Prismen erzeugt wird, nicht stört.10 maintains and thereby the bundle of rays of the color spectrum that passes through the whole the prisms generated does not interfere.

18 ist ein Metallrahmen, welcher dazu dient, die Kronprismen in ihrer Lage festzuhalten.18 is a metal frame which is used to to hold the crown prisms in their position.

19 sind Auflager, um die geschliffenen Glasplatten 7 und 8 in ihrer Lage zu halten, in der sie die Öffnungen 16 und 17 dicht abschließen. 20 und 21 mit punktiertem Grunde stellen im Querschnitt zwei Flüssigkeitsteile dar, die zusammen mit dem Prisma 3 ein Serienprisma bilden, wie sie als Prismenelemente den Prismensatz bilden.19 are supports to hold the cut glass plates 7 and 8 in their position, in which they close the openings 16 and 17 tightly. 20 and 21 with dotted bases represent two liquid parts in cross section represent, which together with the prism 3 form a series prism, as they are as prism elements form the prism set.

Die Einrichtung hat folgende Wirkung. Die weißen Lichtstrahlen 10-10' (Abb. 3) treffen die Eintrittsöffnung des Prismensatzes unter einem geneigtem Winkel, durchlaufen den Flüssigkeitsstrahl 20 unter Erleidung einer starken Farbenzerstreuung und teilen sich dann im Kronprisma in die verschiedenen Sp ek tralf ar ben.The establishment has the following effect. The white rays of light 10-10 '(Fig. 3) meet the entry opening of the prism set at an inclined angle, pass through and divide the liquid jet 20 while exhibiting a strong dispersion of colors then in the crown prism in the various spectral colors.

Da die Kronprismen zu den entsprechenden vor ihr liegenden Flüssigkeitsprismen verkehrt angeordnet sind, so haben sie das Bestreben, die durch die Flüssigkeitsprismen erzielte Farbenzerstreuung zu vermindern; da jedoch ihre Zerstreuungsfähigkeit sehr klein ist, so lassen sie das Strahlenbündel, das zu ihnen gelangt, fast unverändert durch und übergeben es dem dahinterliegenderu Flüssigkeitsprisma 21 usf., das die Zerstreuung wieder erhöht. Die Strahlen 13 und 14 verlassen so die Flüssigkeit und die Öffnung 17 des Prismensatzes mit einer mittleren Strahlenrichtung, die zum Prisma ungefähr normal gerichtet ist.Because the crown prism is inverted to the corresponding liquid prisms in front of it are arranged, they have the aspiration achieved by the liquid prisms To reduce color dispersion; but since their ability to disperse is very small, so let the bundle of rays that come to you pass through and pass almost unchanged it is to the liquid prism 21, and so on, which lies behind it, which again causes the dispersion elevated. The rays 13 and 14 leave so the liquid and the opening 17 of the prism set with a central beam direction, which is directed approximately normal to the prism.

Das Kronprisma 3 mit dem vor ihm liegenden Flüssigkeitsprisma 20 und dem da-, hinterliegenden Flüssigkeitsprisma 21 bilden ein aus einer Serie von drei Prismen bestehendes Prismenelement. In analoger Weisa reihen sich neben dem Prisma 3 die Kronprismen 1, 2, 4 und S an, die ebenfalls in Verbindung mit je zwei Flüssigkeitsprismen ein aus drei Prismen bestehendes Serienprisma bilden, wobei der Prismensatz nach der vorliegenden Ausführungsform, füinf Seriiem» prismen aufweist, in Parallelschaltung jedes aus einer Serie von drei Prismen bestehend. In dieser Ausführungsform bezeichnet 5 die Ziffer der Parallelhieit und 3 die Ziffer der Serie; Die Zusammensetzung kann auch eine andere und durch andere Nummern der Parallelheit und der Serie gekennzeichnet sein.The crown prism 3 with the liquid prism 20 lying in front of it and the liquid prism 21 lying behind form one consisting of a series of three prisms Prism element. In an analogous way, the crown prisms are lined up next to prism 3 1, 2, 4 and S, also in connection with two liquid prisms form a series prism consisting of three prisms, the prism set according to of the present embodiment, five series » has prisms, each consisting of a series of three prisms in parallel connection. In this embodiment, 5 denotes the number of parallel and 3 the number of the Series; The composition can also be different and by different numbers of parallelism and the series.

Es ist nicht erforderlich, daß die weißen Strahlen beim Eintritt in das Prisma die in der Zeichnung angegebene geneigte Richtung und das Austrittsbündel eine zur Austrittsöffnung normale Richtung annehmen; andere Richtungen sind ebenfalls möglich. noIt is not necessary that the white rays enter the prism in The inclined direction indicated in the drawing and the exit bundle one to the exit opening take normal direction; other directions are also possible. no

Infolge des großen Unterschiedes zwischen dem Brechungsindex der verwendeten Flüssigkeit und demjenigen der Kronprismen treten die unter einem schiefen Winkel in den Prismensatz tretenden weißen Strahlen in zur Austrittsöffnung normaler Richtung aus. Wäre der Brechungsindex für beide Materialien der gleiche, so würde der Eintrittswinkel gleich dem Austrittswinkel sein. Due to the large difference between the refractive index of the liquid used and that of the crown prisms enter the prism set at an oblique angle emerging white rays in a direction normal to the exit opening. Would be the index of refraction for both materials the same, the entry angle would be the same as the exit angle.

Die verwendete Flüssigkeit kann eine reine iao Flüssigkeit sein, ein Gemenge oder auch eine Lösung sein; diese kann ebenfalls als Kühl-The liquid used can be a pure iao Be a liquid, a mixture or a solution; this can also be used as a cooling

mittel für die Kristallmaterialien dienen. Wesentlich ist, daß alle Kronprismen, gleich sind untereinander. Ajix Stelle des aus Flüssigkeit bestehenden Teiles der Prismenelemente können auch Glasprismenteile treten. Der Prismensatz gestattet, das Licht in seine Elementarfarben zu zerlegen oder auch die erwähnten Elementarfarbe», alle oder einzelne, die beispielsweise durch einen anderenserving means for the crystal materials. Essential is that all crown prisms are equal to one another. Ajix body made of liquid existing part of the prism elements can also occur glass prism parts. The set of prisms allows light to be broken down into its elementary colors or else the elementary color mentioned ”, all or some, for example through another

ίο Prismensatz zerlegt worden sind, in ein einziges Strahlenbündel mit einer einzigen Richtung zusammenzufassen.ίο set of prisms have been dismantled into a single one To combine rays with a single direction.

Durch geeignete Wahl der Materialien kann der Prismensatz auch für ultraviolette und ultrarote Strahlen Verwendung finden sowie auch für besondere Teile des sichtbaren oder des unsichtbaren Spektrums.With a suitable choice of materials, the prism set can also be used for ultraviolet and Ultra-red rays are used as well as for special parts of the visible or of the invisible spectrum.

Allgemein gesagt, kommt der Flüssigkeit gegenüber dem Kronmaterial ein wesentlich verschiedener Brechungsindex zu.Generally speaking, the liquid is a significant factor over the crown material different refractive index too.

Die prismatische Einrichtung, die, wie in Abb. 4 dargestellt, ist geeignet, gleichzeitig alle Strahlen des; Spektrums! in einem,¹ 'einzigen Brennpunkt zu vereinigen. Sie besteht aus zwei gleichen Prismensätzen 22, 23, die gleiche, parallel geschaltete Serienprismen aufweisen. Der erste Prismensatz zerlegt das von der Lampe mit parabolischem Spiegel 24 ausgesandte Licht in das Spektrum; dasselbe durchläuft die zwischen dem ersten Prismensatz und einem Spiegelsystem angebrachte Linse, wobei die Spiegel in der Focalebente der Linse angebracht sind. Die Spiegel 26 reflektieren die verschieidlenein Farben, und diese durchlaufen eine Linse, die mit dem zweiten Prismensatz zusammenwirkt, und hierauf den Prismensatz. Dieser Prismensatz 23 setzt die Farben wieder zusammen und vereinigt mittels einer vorzugsweise achromatischen Linse 27 diese im Brennpunkt 28. In Abb. 4 sind die beiden Prismangruppein als nebeneinanderliegende dargestellt, während es vorteilhafter ist, diese übereinander anzuordnen, um Aberrationen zu vermeiden.The prismatic device, which, as shown in Fig. 4, is capable of simultaneously transmitting all the rays of the; Spectrum! to unite in a ' ¹ ' single focal point. It consists of two identical sets of prisms 22, 23, which have the same series prisms connected in parallel. The first set of prisms splits the light emitted by the lamp with parabolic mirror 24 into the spectrum; the same passes through the lens attached between the first set of prisms and a mirror system, the mirrors being attached in the focal plane of the lens. The mirrors 26 reflect the various colors and these pass through a lens which cooperates with the second set of prisms and then through the set of prisms. This prism set 23 reassembles the colors and unites them at the focal point 28 by means of a preferably achromatic lens 27. In Fig. 4, the two prism groups are shown as adjacent, while it is more advantageous to arrange them one above the other in order to avoid aberrations.

Um ein sehr klares Spektrum ohne Aberrationen zu erzielen durch ein, einfaches Prisma, ist erforderlich, daß der Eintrittswinkel des Strahlenbündels gleich ist dem Austri'ttswinkel, d. h. das Prisma muß eine Symmetrieachse aufweisen. Unter diesen Bedingungen erlangt man selbst nach der Refraktion das Bild der Lichtquelle im Spektrum. Wäre der Verlauf der Strahlen nicht, wie erwähnt, symmetrisch zur Symmetrieachse des Prismas, so würde das Bild verzerrt, besonders unter Verwendung einer großen Zerstreuung. In der optischen Einrichtung nach der Erfindung weisen die Prismensätze 22, 23 keine Symmetrieebene auf und erzeugen beide infolge ihrer großen Zerstreuung eine ungeheure, große focale Aberration. In der Vereinigung von zwei Prismensätzeni nach Abb. 4 wird infolge der Gegenwirkung der beiden zusammenwirkenden: Sätze die Aberration praktisch unterdrückt, so daß das gleiche Focalbild der Lichtquelle für irgendeine Strahlung des Spektrums erzielt wird.To achieve a very clear spectrum without aberrations through a simple one Prism, it is necessary that the angle of incidence of the beam is equal to that Exit angle, d. H. the prism must have an axis of symmetry. Under these conditions the image of the light source in the spectrum is obtained even after refraction. If the course of the rays were not, as mentioned, symmetrical to the axis of symmetry of the prism, the image would be distorted, especially using a large dispersion. In the optical device according to the invention, the prism sets 22, 23 have no plane of symmetry and generate both a tremendous, great focal aberration due to their great dispersion. In the Union of two sets of prismsi according to Fig. 4 is due to the counteraction of the two interacting: sets the aberration practically suppressed, so that the the same focal image of the light source is obtained for any radiation in the spectrum.

Es versteht sich, daß das optische System seine Wirkung ebenfalls ausübt, wenn die Reihe der Spiegel 26 durch eine Reihe von Prismen ersetzt wird, die für die besonderen Erfordernisse hergestellt worden sind. Es wird dann der Prismensatz 23 auf der entgegengesetzten Seite des Prismensatzes 22 in bezug auf die Focallinie 25 angeordnet.It is understood that the optical system its effect also exerts itself when the row of mirrors 26 by a row of Prisms is replaced, which have been manufactured for the special requirements. It then the prism set 23 is on the opposite side of the prism set 22 in with respect to the focal line 25 arranged.

Die optische Einrichtung nach der Erfindung läßt sich in Verbindung mit Lichtstrahlung als auch mit ultraroter oder ultravioletter Strahlung verwenden, wobei geeignete Materialien verwendet werden, sei es für die Krönprismen als auch für die Flüssigkeit, so daß diese für die zu verwendenden Strahlen durchlässig sind.The optical device according to the invention can be used in connection with light radiation as well as with ultra-red or ultraviolet radiation, using suitable materials be used, be it for the crown prisms as well as for the liquid, so that these are transparent to the rays to be used.

Eine der zahlreichen Verwendungen des beschriebenen optischen Systems ist die Verwendung in Verbindung mit Kinematographenapparaten zur Erlangung der Farbeinprojektion. Bekanntlich werden die Filmbilder durch das weiße Licht einer Bogenlampe projiziert. Um zu erreichen, daß dieses Licht, anstatt weiß zu sein, eine große Zahl von Farben aufweist, kann man, sich einer Beleuchtungseinrichtung bedienen, welche die Einrichtung, wie sie in Abb. 4 dargestellt ist, einschließt. In 24 wird eine kräftige Lichtquelle (Bogenlampe) angeordnet, und vor die Spiegel 26 bringt man schwarze Klappen an, die mittels eimer Klaviatur betätigt werden, so daß diese dem Licht den Durchtritt gewähren oder dasselbe absorbieren können, je nach iod der Stellung der Klappen.One of the many uses for the described optical system is in use in connection with cinematograph devices to obtain color projection. As is well known, the film images are projected by the white light of an arc lamp. To make this light Instead of being white, having a large number of colors, one can opt for a lighting fixture which includes the facility as shown in Fig. 4. In 24 there is a powerful light source Arranged (arc lamp), and in front of the mirror 26 one brings black flaps, which are operated by means of a bucket keyboard, so that these allow light to pass through or absorb it, depending on the iodine the position of the flaps.

Indem das Spektrum sich auf der Focallinie 25 befindet, kann jeder Spiegel nur eine bestimmte Farbe dieses Spektrums zurückwerfen, beispielsweise Rot, Gelb, Grün usw. Alle diese Farben werden im Brennpunkt 28 zusammengefaßt, in welchem der zu projizierende Film angebracht ist. Durch Betätigung der Klaviatur wird erzielt, daß die Filmbilder an Stelle des weißen Lichtes mit irgendeiner einfachen Farbe oder mit einer Gruppe von Farben projiziert werden, so daß auf der Projektionsleinwand die verschiedensten Farbenwirkungen erlangt werden können.Since the spectrum is on the focus line 25, each mirror can only reflect a certain color of this spectrum, for example red, yellow, green etc. All these colors are grouped together in the focal point 28 in which the one to be projected Film is attached. By operating the keyboard it is achieved that the Film images in place of white light with some simple color or with one Group of colors are projected, so that on the projection screen the most diverse Color effects can be obtained.

Das optische System nach der Erfindung kann weiter für chemische Verfahren verwendet werden, die auf Strahlungen basieren,, sei es, um kathalysierende Wirkungen wie auch Lichtkraftwirkungen hervorzurufen, sowie auch für Heilzwecke, um besondere Strahlungsgruppen auf den menschlichen Körper ein- The optical system according to the invention can also be used for chemical processes that are based on radiation, be it to catalyze effects as well To produce the effects of light power, as well as for healing purposes, in order to activate special groups of radiation on the human body.

wirken zu lassen, die schädliche Krankheiten erzeugende Keime zerstören.to let work that destroy harmful disease-causing germs.

Claims

Claim:

Optical device for combining the spectrum of a light source or a Source of infrared, or ultraviolet rays and to achieve a high Efficiency and avoiding chromatic and image aberrations in the beam path of a projector for stage purposes, characterized by two sets of prisms (22 and 23) from identical and identically oriented, connected in parallel and parallel acting series prisms, (e.g. 3, 20, 21) and through a series of mirrors (26): outside the plane of the prism set and approximately parallel to it in the focal point ao plane of one lens belonging to each prism set, arranged in such a way that the bundle of rays coming from the first set of prisms (22), broken down into the spectrum is thrown back by the mirror and after passing through the second Prism set (23) and a further lens (27) provided behind it are combined in a single focal point, the series prisms (e.g. 3, 20, 21) by dipping prisms (3) are formed of low optical scattering in a liquid other than a strong color scattering also has a refractive index which differs considerably from the prism (3).

1 sheet of drawings